物理化学热力学第一定律及其应用 2.pdf

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1、第二章热力学第一定律及其应用教学目的：使学生初步了解热力学的方法、建立内能和焓是状态函数的概念，并了解状态函数的性质、理解热力学第一定律，掌握理想气体在各种过程中∆U、∆Η、Q与W的计算。教学要求：1.掌握热力学的一些基本概念2.明确热、功与热力学能三者的区别与联系3.明确准静态过程与可逆过程的意义4.充分理解状态函数的意义及其数学性质5.明确焓的定义，它和热力学能一样都是状态函数6.熟练掌握气体在等温、等容、等压与绝热过程中△Ｕ、△Ｈ、Ｑ与Ｗ的计算7.掌握计算热效应的方法，熟悉掌握盖斯定律和基尔戈夫

2、定律教学重点和难点:热力学的一些基本概念，各种过程△Ｕ、△Ｈ、Ｑ与Ｗ的计算，绝热过程、可逆过程与最大功是本章的重点和难点。§2.1热力学概论一、热力学的研究对象1.热力学：热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。研究在一定条件下变化的方向和限度。主要内容是热力学第一定律和第二定律。这两个定律都是上一世纪建立起来的，是人类经验的总结，有着牢固的实验基础。本世纪初又建立了热力学第三定律。2.化学热力学：用热力学原理来研究化学过程及与化学有关的物理过程就形成了化学热力学。化学热力学的主要内容：（

3、1）热力学第一定律-----解决化学变化的热效应问题。（2）热力学第二定律----解决化学及物理变化的方向和限度问题。1（3）热力学第三定律-----利用热力学的数据解决有关化学平衡的计算问题。二、热力学的方法及局限性1.特点（1）适用于大量质点构成的宏观体系，不适用于分子的个别行为。（2）不考虑物质的微观结构和反应机理，只知道始终态即可。2.局限性：(1)只考虑平衡问题，只计算变化前后总账，无需知道物质微观结构的知识。即只能对现象之间联系作宏观了解，不能作微观说明。结果导致知其然而不知其所以然。(2

4、)只能告诉我们在某种条件下，变化能否发生，进行的程度如何，而不能说明所需的时间、经过的历程、变化发生的根本原因。三、热力学基本概念（一）体系与环境1.体系：用热力学方法研究问题时，首先要确定研究的对象，将所研究的一部分物质或空间，从其余的物质或空间中划分出来，这种划定的研究对象叫体系或系统。2.环境：与体系密切相关的其它部分称环境。根据体系与环境的关系体系区分为三种：（1）孤立体系（隔离体系）：体系与环境之间既无能量交换，又无物质交换的体系。体系完全不受环境的影响，其中能量包括：热、功、其它能量。（2

5、）封闭体系：与环境之间只有能量交换，没有物质交换。（3）敞开体系：与环境之间既有能量交换，又有物质交换。（二）体系的性质通常用体系的宏观可测性质来描述体系的热力学状态。这些性质称热力学变量。如：体积、压力、温度、粘度、密度等。体系的性质分两类：广度性质和强度性质。1.广度性质（容量性质）：其数值的大小与体系中所含物质的数量成正比，具有加和性。广度性质在数学上是一次奇函数。如：质量、体积、内能。2.强度性质：其数值的大小与体系中所含物质的量无关，而取决于体系自身的2特性，不具有加和性。强度性质在数学上是

6、零次齐函数。如：温度、压力、密度、粘度等。二者之间的联系：某种广度性质除以质量或物质的量就成为强度性质。如：体积是广度性质，它除以物质的量得到摩尔体积V=V，V是强度性质，它不随mnm体系中所含物质的量而变。（三）热力学平衡态经典热力学所研究的体系必须是热力学平衡态的体系。也就是其体系必须同时满足下面几个条件（几个平衡）。1.热平衡：体系的各个部分温度相等。2.力学平衡（机械平衡）：体系各部分之间及体系与环境之间没有不平衡的力存在。即在不考虑重力场的影响下，体系内部各处的压力相等，且也等于环境的压力。

7、宏观地看，体系的界面不发生相对移动。如果两个均匀体系被一个固定的器壁隔开，即使双方压力不等，也能保持力学平衡。3.相平衡：当体系不止一相时，各相组成不随时间而变化。相平衡是物质在各相之间分布的平衡。如：水—乙醚共轭溶液；研究一对平衡共存的饱和溶液。4.化学平衡：当各物质之间有化学反应时，达到平衡后，体系的组成不随时间而变。只有同时满足以上四个条件的体系才是热力学平衡体系，否则为非平衡态体系，热力学中所研究的是热力学平衡体系，简称热力学体系。（四）状态和状态函数1.状态：热力学平衡体系的状态是体系性质的

8、综合表现。体系的状态是由许多宏观热力学变量（物理量），如温度、压力等来描述和规定的。用于描述和规定体系状态的宏观性质，称状态函数或状态性质，也称热力学函数，热力学性质。2.状态与状态函数关系：当体系的所有状态函数都不随时间发生变化而处于定值时，体系就处于一定的状态。其状态函数中只要有一个发生变化，则体系的状态也就改变了。3.状态函数的几点说明：(1)状态函数可分两类：（广度性质、强度性质）(2)同一热力学体系的许多状态函数（性质）之间，并不是相互独立无关